Түштүк Кореядагы UNIST университети саркынды суудагы нитраттарды маанилүү химиялык зат жана келечектүү энергия булагы болгон аммиакка көмүртек чыгарбастан айландыруучу революциялык технологияны сунуштады.
UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology – Ульсан Улуттук илим жана технология институту) университети менен байланышкан изилдөө тобунун бул жетишкендиги аммиак өндүрүүнүн туруктуу ыкмасын гана сунуштабастан, саркынды сууларды тазалоо аракеттерине да салым кошот.
UNIST маалымдагандай, алардын Энергетикалык химия мектебинин профессорлору Кваныонг Сео (Kwanyong Seo) жана Жи-Ук Жанг (Ji-Wook Jang) биргелешип жетектеген изилдөө тобу күн энергиясы менен иштеген фотоэлектрохимиялык (PEC) системаны ийгиликтүү түзө алышты.
https://news.unist.ac.kr/novel-solar-system-converts-nitrate-in-wastewater-into-high-value-ammonia/
Жаңы система нитрат булганууларын аммиакка айландырууга жөндөмдүү жана кадимки шарттарда иштейт. Бул изилдөөнүн өзү Advanced Materials журналында жарыяланган.
Кош көйгөйдү бир чечүү аракети
Аммиак – дүйнө жүзү боюнча айыл чарбада жана өнөр жайда колдонулган маанилүү химиялык зат, жыл сайын 150 миллион тоннадан ашык колдонулат. Аммиактын суутек курамы жогору болгондуктан, ал – келерки муундагы энергияны сактоо жана ташуу чечимдери үчүн да келечектүү зат.
Бирок аммиакты өндүрүүнүн азыркы өнөр жайлык ыкмасы жогорку температураны жана жогорку басымды талап кылган Габер-Бош процессине негизделген жана өндүрүш учурунда чоң көлөмдө парник же булганыч газдар бөлүнүп чыгат.
UNIST университети белгилегендей, алардын изилдөө тобу жараткан инновациялык PEC системасы сырттан электр энергиясын талап кылбай, күн нурун колдонуу менен нитраттарды азайтууга жөндөмдүү жана саркынды сууну чийки зат катары пайдаланат.
Нитраттар жогорку концентрацияда болгондо адамдын саламаттыгына коркунуч жаратып, метгемоглобинемия жана ашказан рагы сыяктуу илдеттердин пайда болуу тобокелчилигин күчөтөт. Жаңы технология нитраттарды аммиакка атайлап айлантып, муну менен суунун булганышы жана аммиакты туруктуу өндүрүү маселелерин натыйжалуу чечет.
Жаңы системанын өзгөчөлүгү
UNIST университетинин изилдөөчүлөрү түзгөн система кремнийге негизделген фотокатоддон жана никель фольгасынан жасалган катализатордон турат. Күн нуру кремнийди козгоп, электрондорду пайда кылат, ал эми никель катализатор аркылуу нитраттарды аммиакка айлантуу үчүн багытталат. Негизги жаңылык – катализатор бетинде, иш учурунда никель гидроксидинин (Ni(OH)₂) жука катмары пайда болушу, ал атаандаш реакцияларды, мисалы, суутектин бөлүнүшүн токтотуп, процессти аммиак өндүрүүгө багыттайт.
Бул механизм кеңири эксперименттер жана кванттык-механикалык эсептөөлөр аркылуу тастыкталган экен. UNISTтин Физика кафедрасынан профессор Сутсу Рю (Suthsu Ryu) тыгыздык функционалдык теория (DFT) симуляцияларын колдонуу менен, никель гидроксиди (Ni(OH)₂) нитраттарды аммиакка айлантууга жардам берген активдүү борборлорду сунуштап, реакциядагы энергия тоскоолдуктарын төмөндөтөрүн көрсөткөн.
UNIST университетинин маалыматында айтылгандай, система сырткы электр керектөөсүз саатына 1 см²ге 554 микрограмм аммиак өндүрүү менен рекорддук көрсөткүчтү жараткан. Бул – буга чейин колдонулган технологиялардан 50%дан ашык артыкчылык. Система чоңураак, 25 см² көлөмүндө да иштөө жөндөмдүүлүгүн сактап, практикалык колдонуу үчүн чоң потенциалга ээ экенин ачыктады.
“Нитрат булганууларын аммиакка айлантуу сууну тазалоо менен бирге көмүртек нейтралдуулугуна да салым кошот. Биздин максат – күн нуру менен саркынды сууларды түздөн-түз пайдаланып, ачык асман алдында аммиак өндүрө ала турган, ири көлөмдөгү практикалык PEC түзүлүштөрүн иштеп чыгуу”,- деп белгиледи изилдөө тобун жетектегендердин бири, профессор Кваныонг Сео (Kwanyong Seo).
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Саркынды суулардагы нитраттар – айлана-чөйрө жана адамдардын ден соолугу үчүн олуттуу көйгөй. Алар айыл чарбадан, канализациядан жана өнөр жай ишканаларынан чыгат. Айыл чарбада азоттук жер семирткичтер колдонулган талаалардан чыккан агындылар, турмуш-тиричилик калдыктары, азык-түлүктү кайра иштетүү жана башка өнөр жай процесстер да саркынды сууларда нитраттарды жаратат. Эгер нитраттардын деңгээли жогору болсо, бул дарыялар менен көлдөрдө суу өсүмдүктөрүнүн ашыкча өсүшүнө (эвтрофикацияга) алып келиши мүмкүн жана «көк бала синдрому» же рак тобокелдигин жогорулатат. Табиятты жана ден соолукту коргоо үчүн нитраттарды биологиялык жол менен тазалоо, тескери осмос аркылуу фильтрлөө жана ион алмашуу сыяктуу ыкмалар колдонулат.
Фотоэлектрохимиялык (PEC) система – жарым өткөргүч электрод, жарык жана электролитти колдонуп, оксиддөө-азайтуу реакцияларын жүргүзүүчү түзүлүш, ал жарык энергиясын электр же химиялык энергияга айлантат. Негизги колдонуу тармактарынын бири – сууну бөлүп, таза суутек күйүүчү майын өндүрүү. PEC системалары ошондой эле башка максаттарда, мисалы, саркынды сууларды тазалоодо колдонулушу мүмкүн.
Габер–Бош процесси – аммиакты (NH₃) синтездөө үчүн азотту (N₂) жана суутекти (H₂) жогорку басым жана температура шартында темир негизиндеги катализатор колдонуп айкалыштырган өнөр жайлык ыкма. Бул реакция жогорку басымды (200–400 атмосфера) жана жогорку температураны (400–650 °C же 750–1200 °F) талап кылат. Аталган процесс азоттуу жер семирткичтерди өндүрүүдө негизги мааниге ээ болуп, дүйнөлүк азык-түлүк өндүрүшүнө чоң таасир тийгизген.
Бул процессти немис химиктери Фриц Габер (Fritz Jakob Haber, 1868-1934) жана Карл Бош (Carl Bosch 1874-1940) XX кылымдын алгачкы он жылдыгында иштеп чыгышып, андан мурунку ыкмаларга караганда жогорураак эффективдүүлүгү аммиактын өнөр жайлык өндүрүшүндө чоң жетишкендик болгон. Габер да, Бош да химия боюнча Нобель сыйлыгын алышкан. Габер 1918-жылы түздөн-түз аммиак синтези үчүн, ал эми Бош 1931-жылы жогорку температура жана жогорку басым химиясындагы ушул процесске байланыштуу жетишкендиктери үчүн сыйланган.
Шилтемелер:
- Маалымат макала UNIST университетинин интернет баракчасындагы https://news.unist.ac.kr/novel-solar-system-converts-nitrate-in-wastewater-into-high-value-ammonia/ маалыматтын негизинде жазылды.
- Маалымат макалага негиз болгон илимий изилдөө Advanced Materials https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202506567 журналында жарыяланган.
- Сүрөт UNIST университетинин изилдөө тобуна тиешелүү.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
